古典概型与几何概型辨析

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  苏教版必修3第三章讲了《概率》,包括古典概型与几何概型,这两种概型的共同点是在随机试验中,每个试验结果出现的可能性相等,即基本事件发生是等可能的.可它们又是两种不同的概型,同学们在解题时常常把这两种概型混淆,导致解题错误.这两种概型的区别到底在哪儿,我们又该如何区分这两种概型,对这两种概型如何求解?通过本文的分析,希望对同学们有所启发.
  一、古典概型与几何概型的区别
  例1 (1)在区间[0,10]上任意取一个整数x,则x不大于3的概率为_____________;
  (2)在区间[0,10]上任意取一个实数x,则x不大于3的概率为_____________.
  分析:本题中,问题1因为总的基本事件是[0,10]内的全部整数,所以基本事件总数为有限个11,而不大于3的基本事件有4个,此问题属于古典概型,所以所求概率为411.问题2中,因为总的基本事件是[0,10]内的全部实数,所以基本事件总数为无限个,此问题属于几何概型,事件对应的测度为区间的长度,总的基本事件对应区间[0,10]长度为10,而事件“不大于3”对应区间[0,3]长度为3,所以所求概率为310.
  小结:1.此题中的两个问题,每个基本事件都是等可能发生的,但是问题1中的总基本事件是有限个,属于古典概型;而问题2中的总基本事件是无限个,属于几何概型.故在实际解决问题中,关键要正确区分古典概型与几何概型.
  古典概型中基本事件的个数是有限的,事件是可以数出个数的;而几何概型中基本事件是无限的,事件是不可以数出有多少个的,这是这两种概型的本质区别.
  2.两种概型的概率公式.
  古典概型的概率公式:如果一次试验中可能出现的结果有n个,而且所有结果都是等可能的,如果事件A包含m个结果,那么事件A的概率P(A)=mn;几何概型的概率公式:
  P(A)=构成事件A的区域长度(长度或面积或体积或角度等)试验的全部结果所构成的区域长度(长度或面积或体积或角度等).
  例2 判断下列概率问题中哪些属于古典概型哪些属于几何概型:
  (1)从一批产品中抽取30件进行检查,有5件次品,求正品的概率;
  (2)随机地向四方格里投掷硬币50次,统计硬币正面朝上的概率.
  (3)箭靶的直径为1m,其中,靶心的直径只有12cm,任意向靶射箭,射中靶心的概率为多少?
  (4)甲、乙两人约定在6时到7时之间在某处会面,并约定先到者应等候另一人一刻钟,过时才可离去,求两人能会面的概率.
  对比古典概型和几何概型的特点,判断得(1)、(2)属于古典概型;(3)、(4)属于几何概型.
  二、古典概型注意点
  1.注意 “非等可能”与“等可能”
  例3 掷两枚骰子,求事件A为出现的点数之和等于3的概率.
  错解:掷两枚骰子出现的点数之和的可能数值为{2,3,4,…,12},属于事件A的结果只有3,故P(A)=111.
  分析:公式P(A)=属于事件A的基本事件数基本事件的总数
  仅当所述的试验结果是等可能时才成立,而取数值2和3不是等可能的,2只有这种情况(1,1)才出现,而3有两种情况(1,2),(2,1)可出现,其它的情况可类推.
  正确答案 掷两枚骰子可能出现的情况:(1,1),(1,2),…,(1,6),(2,1),(2,2),…,(2,6),…,(6,1),(6,2),…,(6,6),结果总数为6×6=36.
  在这些结果中,事件A的含有两种结果(1,2),(2,1).
  ∴P(A)=236=118.
  2.注意“可辩认”与“不可辨认”
  例4 将n个球等可能地放入到N个编号的盒子中去(每个盒子容纳球的个数不限),求事件A:“某指定的n个盒子中恰好各有一球的概率”.
  错解:将n个球等可能地放入到N个编号的盒子中,所有可能的结果数为Nn,而事件A含有n!种结果.
  所以P(A)=n!Nn
  分析:这种解法不全面,如果球是编号的(即可辨认的),则答案是对的;若球是不可辩认的,则答案完全错了.因为球是不可辩认的,故只考虑盒子中球的个数,不考虑放的是哪几个球.我们在此用符号“□”表示一个盒子,“○”表示球,先将盒子按号码排列起来
  这样的N个盒子由N+1个“|”构成,然后把n个球任意放入N个盒子中,比如:|○|○○|…|○○○|,在这样的放法中,符号“|”和“○”共占有:N+1+n个位置,在这N+1+n个位置中,开始和末了的位置上必须是“|”,其余的N+n-1个位置上“|”和“○”可以任意次序排列.则N-1个“1”和n个“○”在中间的N+n-1个位置上的可以区别的所有可能结果数是,将n个不可辨认的球放入指定的n个盒子,使每盒恰有一球的放法只有1种,故事件A含1个结果,从而
  P(A)=1CnN+n-1=n!(N-1)!(N+n-1)!.
  正解:分两种情况:
  (1)当球是可辩认的,则P(A)=n!Nn;
  (2)当球是不可辨认的,则P(A)=n!(N-1)!(N+n-1)!.
  三、几何概型中注意点
  解几何概型问题的关键是准确分清几何概型的测度.
  例5 (1)等腰Rt△ABC中,∠C=90°,在直角边BC上任取一点M,求∠CAM<30°的概率.
  (2)等腰Rt△ABC中,∠C=90°,在∠CAB内作射线交线段BC于点M,求∠CAM<30°的概率.
  分析:此题组中的两个问题,很显然都是几何概型的问题,但是考察的测度不一样.问题1的测度定性为线段长度,当∠CAM0=30°时,CM0=33AC=33CB,符合条件的点M等可能的分布在线段CM0上,所以所求概率等于CM0CB=33.而问题2的测度定性为角度,过点A作射线与线段CB相交,这样的射线有无数条,均匀分布在∠CAB内,∠CAB=45°,所以所求概率等于∠CAM0∠CAB=30°45°=23.   此题中的两个问题都是几何概型的问题,但是选取的测度不一样,在解决时考察和计算的结果也不一致.可见在解决几何概型问题时,要认真审题,分清问题考察的测度,从而正确解决问题.
  例6 某人午睡醒后,发现表停了,于是打开收音机等候整点报时,那么等待时间不多于10分钟的概率是多大?
  解析:①这是什么概型,为什么?
  ②借助什么样的几何图形来表示随机事件与所有基本事件?(圆或线段)
  ③该如何建立数学模型?
  解:设A=“等待时间不超过10分钟”,则P(A)=CBAB=60-5060=16或P(A)=S扇形1S圆=16
  (2)某人午觉醒来,发现表停了,他打开收音机,想听电台整点报时,求他等待的时间不多于10分钟的概率.
  分析:某人醒来在整点间即60分钟是随机的,等待的时间不多于10分钟可以看作构成事件的区域,整点即60分钟可以看作所有结果构成的区域,因此本题的变量可以看作是时间的长度,于是可以通过长度比公式计算其概率.
  可设“等待的时间不多于10分钟”这一事件记作事件A,则
  P(A)=等待的时间不多于10分钟时间长度所有在60分钟里醒来的时间长度=1060=16;
  显然这是一个与长度有关的几何概型问题,问题比较简单,学生也易于理解.
  问题拓展:某人午觉醒来,发现表停了,则表停的分钟数和实际分钟数差异不超过5分钟的概率为多少?
  分析:本题的特点在于学生易犯固定思维的错误,习惯性的用上题中的时间长度之比来解决,得到错误的答案560=112.学生错误的原因在于没有科学的认识题中的变量.本题中包含了两个变量,一个是手表停的分钟数,可以在[0,60]内的任意时刻,另一个变量是实际分钟数,也可以在[0,60]内的任意时刻.所以本题的解决应以x轴和y轴分别表示手表停的分钟数和实际分钟数,那么差异不超过5分钟的充要条件是|x-y|≤5,从而可以绘制坐标轴,数形结
  合,得到结果.
  由于(x,y)的所有可能结果是边长为60的正方形,差异不超过5分钟由图中阴影部分所表示,记“差异不超过5分钟”为事件A
  因此,差异不超过5分钟的概率P(A)=602-552602=23144.
  总之,如何解决概率问题,得首先分清是古典概型与几何概型,然后再用相应的方法来解题,关注解决两种概型的一些注意点.
  (作者:汪云霞,如皋市第二中学)
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